Datación por ADN: Cómo los relojes moleculares están afinando la cronología de la evolución humana

El ADN contiene la historia de nuestros antepasados: cómo nos emparentamos con las caras conocidas de las reuniones familiares y también con asuntos más antiguos: cómo nos emparentamos con nuestros parientes no humanos más cercanos, los chimpancés; cómo se apareó el Homo sapiens con los neandertales; y cómo la gente emigró de África, adaptándose a nuevos entornos y estilos de vida por el camino. Y nuestro ADN también contiene pistas sobre la cronología de estos acontecimientos clave en la evolución humana.

Cuando los científicos afirman que los humanos modernos surgieron en África hace unos 200.000 años y comenzaron su expansión global hace unos 60.000 años, ¿cómo llegan a esas fechas? Tradicionalmente, los investigadores han construido cronologías de la prehistoria humana basándose en fósiles y artefactos, que pueden datarse directamente con métodos como la datación por radiocarbono y la datación por potasio-argón. Sin embargo, estos métodos exigen que los restos antiguos tengan determinados elementos o condiciones de conservación, y no siempre es así. Además, no se han descubierto fósiles o artefactos relevantes para todos los hitos de la evolución humana.

El análisis del ADN de genomas actuales y antiguos ofrece un enfoque complementario para datar acontecimientos evolutivos. Dado que determinados cambios genéticos se producen a un ritmo constante por generación, proporcionan una estimación del tiempo transcurrido. Estos cambios se acumulan como las marcas de un cronómetro, proporcionando un «reloj molecular». Comparando secuencias de ADN, los genetistas no sólo pueden reconstruir las relaciones entre distintas poblaciones o especies, sino también deducir la historia evolutiva en escalas de tiempo profundas.

Los relojes moleculares son cada vez más sofisticados gracias a la mejora de la secuenciación del ADN, las herramientas analíticas y una mejor comprensión de los procesos biológicos que subyacen a los cambios genéticos. Al aplicar estos métodos a la base de datos de ADN de diversas poblaciones (tanto actuales como antiguas), que no deja de crecer, los genetistas están ayudando a construir una cronología más precisa de la evolución humana.

Cómo acumula cambios el ADN

Los relojes moleculares se basan en dos procesos biológicos clave que son la fuente de toda variación hereditaria: la mutación y la recombinación.

Las mutaciones son cambios en las letras del código genético del ADN: por ejemplo, un nucleótido Guanina (G) se convierte en Timina (T). Estos cambios serán heredados por las generaciones futuras si se producen en óvulos, espermatozoides o sus precursores celulares (la línea germinal). La mayoría son el resultado de errores al copiarse el ADN durante la división celular, aunque otros tipos de mutaciones se producen espontáneamente o por la exposición a peligros como la radiación y los productos químicos.

En un solo genoma humano se producen unos 70 cambios de nucleótidos por generación, una cifra minúscula en un genoma compuesto por seis mil millones de letras. Pero en conjunto, a lo largo de muchas generaciones, estos cambios dan lugar a una variación evolutiva sustancial.

Los científicos pueden utilizar las mutaciones para estimar la cronología de las ramas de nuestro árbol evolutivo. Primero comparan las secuencias de ADN de dos individuos o especies, contando las diferencias neutras que no alteran sus posibilidades de supervivencia y reproducción. Después, conociendo el ritmo de estos cambios, pueden calcular el tiempo necesario para acumular tantas diferencias. Esto les indica cuánto tiempo ha pasado desde que los individuos compartieron antepasados.

La comparación del ADN entre usted y su hermano mostraría relativamente pocas diferencias mutacionales porque comparten antepasados -mamá y papá- hace sólo una generación. Sin embargo, hay millones de diferencias entre humanos y chimpancés; nuestro último antepasado común vivió hace más de seis millones de años.

La recombinación, también conocida como entrecruzamiento, es la otra forma principal en que el ADN acumula cambios a lo largo del tiempo. En ella se barajan las dos copias del genoma (una de cada progenitor), que se agrupan en cromosomas. Durante la recombinación, los cromosomas correspondientes (homólogos) se alinean e intercambian segmentos, de modo que el genoma que usted transmite a sus hijos es un mosaico del ADN de sus padres.

En los seres humanos se producen unos 36 eventos de recombinación por generación, uno o dos por cromosoma. Como esto ocurre cada generación, los segmentos heredados de un individuo concreto se rompen en trozos cada vez más pequeños. En función del tamaño de estos trozos y de la frecuencia de los cruces, los genetistas pueden estimar cuánto tiempo hace que ese individuo fue tu antepasado.

Cronología basada en los cambios

Los cambios genéticos derivados de la mutación y la recombinación proporcionan dos relojes distintos, cada uno de ellos adecuado para datar distintos acontecimientos evolutivos y escalas temporales.

Dado que las mutaciones se acumulan muy lentamente, este reloj funciona mejor para acontecimientos muy antiguos, como las escisiones evolutivas entre especies. El reloj de la recombinación, en cambio, funciona a un ritmo apropiado para fechas de los últimos 100.000 años. Estos acontecimientos «recientes» (en tiempo evolutivo) incluyen el flujo de genes entre poblaciones humanas distintas, el surgimiento de adaptaciones beneficiosas o la aparición de enfermedades genéticas.

El caso de los neandertales ilustra cómo los relojes de mutación y recombinación pueden utilizarse conjuntamente para ayudarnos a desentrañar complicadas relaciones ancestrales. Los genetistas calculan que existen entre 1,5 y 2 millones de diferencias mutacionales entre los neandertales y los humanos modernos. La aplicación del reloj de mutaciones a este recuento sugiere que los grupos se separaron inicialmente hace entre 750.000 y 550.000 años.

En ese momento, una población -los antepasados comunes de ambos grupos humanos- se separó geográfica y genéticamente. Algunos individuos del grupo emigraron a Eurasia y con el tiempo evolucionaron hasta convertirse en neandertales. Los que se quedaron en África se convirtieron en humanos anatómicamente modernos.

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